기체의 법칙 중 이상 기체 법칙과 실제 기체의 차이점은 무엇이며, 실제 기체의 거동이 이상 기체와 다른 이유는 무엇인가요?
기체의 법칙 중 이상 기체 법칙과 실제 기체의 차이점은 무엇이며, 실제 기체의 거동이 이상 기체와 다른 이유는 무엇인가요? 말로 풀어서 설명 부탁 드립니다.
이상 기체 법칙은 기체 분자들이 점 입자로 이루어져 있으며, 서로 사이에 아무런 상호작용이 없다고 가정합니다. 이상 기체 법칙에 따르면 기체의 압력, 부피, 온도, 그리고 분자 수는 다음과 같습니다.
PV=nRT
여기서 P는 압력, V는 부피, n은 몰 수, R은 기체 상수, T는 절대 온도입니다. 이상 기체 법칙은 많은 경우에 유용하지만, 모든 조건에서 정확하게 기체의 거동을 예측하지는 못합니다. 실제 기체는 이상 기체와 달리 분자 간에는 상호작용이 존재합니다. 분자 간의 인력과 반발력이 있으며, 실제 기체 분자는 부피를 가집니다.
안녕하세요~~~~
이상기체와 다르게 실제 기체는 기체 입자 사이의 인력이 작용함으로 입자의 속도가 느려지고
이로 인해 단위 시간당 벽면에 부딪히는 입자의 수가 줄어들게 됩니다 .
이상기체법칙이 적용될 수 있는 가정이 존재합니다. 먼저 기체 분자간 상호작용이 없이 기체 분자들은 완전히 독립적으로 움직인다. 그리고 기체 분자 자체 부피는 무시할 정도로 작다. 마지막으로 기체 분자와 용기 벽의 충돌은 탄성 충돌로 에너지 손실이 없음입니다.
하지만 실체 기체는 모두 이 가정에 해당하지 않습니다. 분자간 상호작용은 분자들 간에 인력 또는 반발력이 존재합니다. 구체적인 내용은 생략하겠습니다. 그리고 실제 기체 분자들은 무시할 수 없는 부피를 가집니다. 마지막으로 실제 기체는 벽과의 충돌이 비탄성 출동으로 에너지 손실이 발생합니다.
이 가장을 토대로 이상기체는 모든 온도와 압력에서 이상기체법칙 아시죠. 그 법칙에 따르게 되고 실제기체는 낮은 온도와 높은 압력에서는 이상기체법칙을 따르지 않게 되는 것입니다.
도움이 되시면 좋겠습니다. 감사합니다.
이상기체는 모든 온도와 압력 조건에서 기체 법칙을 따릅니다. 또한 기체들끼리 서로 상호작용을 하지 않죠. 이상적인 기체이지 실제로는 존재하지 않는 것이지요
실제기체는 기체 입자들이 부피를 가지고 있고 서로 상호 작용을 합니다. 이상기체 법칙이 따르지 않는 기체이죠
실제기체는 온도와 압력에 따라서 서로 상호작용을 하게 됩니다. 따라서 이상기체들과 다른 패턴을 보이는 것입니다.
기체의 법칙 중 이상 기체 법칙과 실제 기체의 거동은 중요한 차이점이 있습니다. 이를 이해하기 위해 이상 기체 법칙과 실제 기체의 특성을 살펴보고, 실제 기체가 이상 기체와 다른 이유를 설명해 보겠습니다.
이상 기체 법칙 (Ideal Gas Law)이상 기체 법칙은 다음의 수식으로 표현됩니다: PV=nRTPV = nRTPV=nRT 여기서:
PPP는 압력
VVV는 부피
nnn은 몰 수
RRR은 기체 상수
TTT는 절대 온도
이상 기체 법칙은 다음과 같은 가정을 기반으로 합니다:
입자 간 인력이 없다: 이상 기체 분자들 사이에는 인력이 없다고 가정합니다. 즉, 분자들이 서로 끌어당기거나 밀어내지 않습니다.
입자의 부피가 무시된다: 이상 기체의 분자 자체의 부피는 전체 부피에 비해 매우 작아서 무시할 수 있습니다.
완전 탄성 충돌: 기체 분자들은 서로 충돌할 때 에너지를 잃지 않고, 완전 탄성 충돌을 한다고 가정합니다.
이러한 가정들은 고온, 저압 조건에서 실제 기체가 이상 기체에 가까운 거동을 보이도록 합니다.
실제 기체 (Real Gas)실제 기체는 이상 기체와 다르게 거동하며, 다음과 같은 이유로 이상 기체 법칙을 따르지 않습니다:
입자 간 인력: 실제 기체 분자들 사이에는 반데르발스 힘과 같은 약한 인력이 존재합니다. 이러한 인력은 분자들이 서로 끌어당기거나 밀어내게 하여, 이상 기체 법칙에서 가정한 것과 다른 거동을 하게 만듭니다.
입자의 유한한 부피: 실제 기체 분자들은 유한한 부피를 가지고 있으며, 이는 전체 부피에 영향을 미칩니다. 고압 상태에서는 분자들의 부피가 무시할 수 없게 되면서 이상 기체 법칙과 차이를 보입니다.
비탄성 충돌: 실제 기체 분자들은 서로 충돌할 때 일부 에너지를 소모할 수 있으며, 완전 탄성 충돌이 아닐 수 있습니다.
실제 기체의 거동을 더 정확히 설명하기 위해 반데르발스 방정식이 도입되었습니다: (P+aV2)(V−b)=nRT\left( P + \frac{a}{V^2} \right) (V - b) = nRT(P+V2a)(V−b)=nRT 여기서:
aaa는 입자 간 인력을 보정하는 상수
bbb는 입자의 유한한 부피를 보정하는 상수
이 방정식은 실제 기체의 거동을 설명하기 위해 두 가지 보정 항을 추가합니다:
압력 보정 (a/V2a/V^2a/V2): 분자 간 인력 때문에 실제로 분자들이 끌어당겨지는 효과를 보정합니다.
부피 보정 (V−bV - bV−b): 실제 분자들이 차지하는 부피를 고려하여, 사용 가능한 부피를 줄여줍니다.
저온: 온도가 낮아지면 분자 간 인력이 더욱 두드러져 실제 기체의 거동이 이상 기체 법칙과 크게 달라집니다. 저온에서는 분자들이 느리게 움직이면서 서로 끌어당기는 힘이 증가합니다.
고압: 압력이 높아지면 분자 간 거리도 좁아지게 되어, 분자 간 인력과 부피 효과가 중요해집니다. 이로 인해 실제 기체는 이상 기체 법칙과 다른 거동을 보이게 됩니다.
요약하면, 이상 기체 법칙은 이론적 가정에 기반하여 기체의 거동을 설명하지만, 실제 기체는 분자 간 인력과 분자 부피 등의 요인으로 인해 이상 기체와 다르게 거동합니다. 반데르발스 방정식과 같은 보정된 모델을 사용하면 실제 기체의 거동을 더 정확하게 설명할 수 있습니다.